关于restrict限定指针与其他指针访问对象的标准合规性问询

核心问题 #

使用restrict关键字修饰的指针指向的对象是否绝对不允许通过其他指针访问？

C2011标准6.7.3.1相关规定 #

1 设D为普通标识符的声明，该声明将对象P指定为指向类型T的restrict限定指针。
2 若D出现在块内且无extern存储类，则B表示该块；若D出现在函数定义的参数声明列表中，则B表示关联块；否则B表示main函数的块（或独立环境中程序启动时调用的任意函数的块）。
3 在下文中，若在B执行期间、表达式E求值之前的某个序列点修改P使其指向原指向数组对象的副本会改变E的值，则称指针表达式E基于对象P。注意“基于”仅针对指针类型的表达式定义。
4 在B的每次执行期间，设L为任意左值，其地址&L基于P。若L被用于访问其指定的对象X的值，且X也被（通过任意方式）修改，则需满足以下要求：T不得是const限定类型；所有其他用于访问X值的左值的地址也必须基于P；就本条款而言，每次修改X的访问也应视为修改P……

测试代码 #

int main() 
{    
    int  A = 5;   
    int* restrict P;
    P = &A;           
    *P = 10;
    int *N = P; 
    *N = 20; 
}

个人分析 #

*P是左值L，&*P是L的地址&L，显然P基于&L。当使用L（*P）访问对象X时，根据标准要求，所有其他访问X值的左值的地址必须基于P。代码中N被赋值为P的值，我认为N也基于P，因为修改P时N的值也会改变，因此通过*N访问X不属于未定义行为。

但此前学到的知识是：在声明restrict指针P的块的每次执行中，若P可直接或间接访问的对象被任意方式修改，则该块内对该对象的所有访问必须通过P进行，否则行为未定义。而我用了另一个普通指针*N访问X，因此产生以下疑问：

• 我的程序是否严格符合标准（不存在未定义行为）？
• 若程序合规，是否意味着restrict修饰的指针指向的对象可被其他普通指针访问？
• 若程序不合规，应如何理解C2011标准中的相关表述？

解答 #

1. 程序是否合规？ #

你的代码存在未定义行为。问题出在对“基于P”的理解错误：标准中定义的“表达式E基于P”是指修改P会改变E的值，但这里的N是一个独立指针，它的值是P的副本——修改P本身（比如让P指向另一个变量）并不会改变N的值，所以N并不基于P。

当你通过*P修改X（也就是A）后，又通过*N访问并修改X，此时*N的地址（即N）并不基于P，违反了标准6.7.3.1第4条的要求，因此行为未定义。

2. restrict指针指向的对象能否被其他指针访问？ #

不是绝对不允许，但有严格条件：所有访问该对象的左值的地址必须基于这个restrict指针。简单来说，其他指针必须是“依赖于restrict指针的衍生指针”——比如通过P+1这样的表达式得到的指针，这类表达式的值会随P的改变而改变，才符合“基于P”的定义。而像代码中直接复制P的值得到的独立指针N，并不满足这个条件。

3. 如何理解标准中的表述？ #

标准的核心意图是给编译器提供优化依据：当一个restrict指针P被声明后，编译器可以假设在块B的执行期间，所有对P指向对象的访问（包括读写）都只能通过基于P的指针表达式来进行。这样编译器就可以做诸如省略冗余加载、重排内存操作等优化，而不用担心有其他独立指针会干扰这个对象的内存状态。

你之前学到的“所有访问必须通过P进行”是一种简化表述，更准确的说法是“所有访问必须通过基于P的指针表达式进行”——直接复制P得到的独立指针不属于这个范畴，因为它和P后续的修改无关，编译器无法跟踪到它和P的关联。

内容的提问来源于stack exchange，提问作者user24723440